李太平，姚煜中，李霖圣，程世祥

(上海卫星装备研究所，上海200240)

不平衡飞轮的扰动特性

李太平，姚煜中，李霖圣，程世祥

(上海卫星装备研究所，上海200240)

高精度航天器对指向精度有极高的要求，飞轮是卫星姿态控制环节中不可或缺的执行部件，在研制和装备过程中，不可避免地具有微量的偏心或动不平衡，在姿态机动和稳定控制的过程中，飞轮的旋转会产生干扰力。将动静不平衡质量作为航天器的一部分，推导出完整航天器动力学姿态方程，进行动力学仿真，并根据完整的姿态动力学方程简化分析仿真结果。研究发现动静不平衡质量在飞轮高速转动时，对姿态均有影响，动不平衡质量对姿态的影响与安装位置关系很小，而静不平衡质量呈现线性关系，且两者对姿态的影响满足线性叠加。单轴转动时，指向精度的长周期变化只与飞轮的固有特性有关，与转速的大小无关。多轴转动时，姿态会振荡或发散，与初始相位有关；但对姿态的影响不满足单轴转动的叠加。

振动与波；动不平衡；静不平衡；转动；扰动；姿态

1 航天器姿态动力学方程

1.1 参考坐标系

研究含有动静不平衡质量的飞轮的航天器的动力学方程，需要建立五个坐标系：

惯性坐标系OeXiYiZi：Oe为地心，OeZi垂直于地球赤道面，其指向地球自转角速度的矢量的方向一致。OeXi在赤道平面内，指向赤道面与黄道面相交线，OeYi与OeXi和OeZi构成右手坐标系；航天器本体质心坐标系Obxbybzb：Ob为航天器本体质心，Obxb与飞行器的纵向对称轴重合，指向航天器的飞行速度方向，Obyb垂直于纵向对称面，Obzb与Obxb和Obyb构成右手坐标系；……